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从0到1学习FreeRTOS：FreeRTOS 内核应用开发：（三十）CPU 使用率统计

热度：31   发布时间：2023-12-16 14:06:00.0

从0到1学习FreeRTOS：FreeRTOS 内核应用开发：（三十）CPU 使用率统计

 

 

一、CPU 利用率的基本概念：

CPU使用率其实就是系统运行的程序占用的CPU资源，表示机器在某段时间程序运行的情况。

二、CPU 利用率的作用：

一个系统设计的好坏，可以使用CPU使用率来衡量，一个好的系统必然是能完美响应急需的处理，并且系统的资源不会浪费。

三、CPU 利用率统计：

① FreeRTOS给我们提供测量各个任务占用CPU时间的函数接口。

② 消耗一个高精度的定时器，精度是系统时钟节拍的10-20倍。

③ 宏定义配置：

configGENERATE_RUN_TIME_STATS

configUSE_TRACE_FACILITY

④ 会编译下面3个函数：

vTaskList()

vTaskGetRunTimeStats() -> prvWriteNameToBuffer()

⑤ 需要实现一个中断频率为 20000HZ 定时器，用于系统运行时间统计，其实很简单，只需将 CPU_RunTime 变量自加即可， 这个变量是用于记录系统运行时间的。

/* 用于统计运行时间 */
volatile uint32_t CPU_RunTime = 0UL;
void BASIC_TIM_IRQHandler (void)
{
if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) {
CPU_RunTime++;
TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);
}
}

⑥ 然后就可以在任务中调用 vTaskGetRunTimeStats()和 vTaskList()函数获得任务的相关信息与 CPU 使用率的相关信息，打印出来即可。

memset(CPU_RunInfo,0,400); //信息缓冲区清零
vTaskList((char *)&CPU_RunInfo); //获取任务运行时间信息
printf("---------------------------------------------\r\n");
printf("任务名 任务状态 优先级 剩余栈 任务序号\r\n");
printf("%s", CPU_RunInfo);
printf("---------------------------------------------\r\n");
memset(CPU_RunInfo,0,400); //信息缓冲区清零
vTaskGetRunTimeStats((char *)&CPU_RunInfo);
printf("任务名 运行计数 使用率\r\n");
printf("%s", CPU_RunInfo);
printf("---------------------------------------------\r\n\n");

四、CPU 利用率统计实验：

       CPU利用率实验是是在FreeRTOS中创建了三个任务，其中两个任务是普通任务，另一个任务用于获取CPU利用率与任务相关信息并通过串口打印出来。

实验步骤：

  1. 打开宏定义
  2. 实现一个高精度定时器
  3. 在定时器中断中计数
  4. 创建任务
  5. 获取任务信息与CPU利用率——vTaskList()、vTaskGetRunTimeStats()

实验代码：

/************************************************************************ @file    main.c* @version V1.0* @date    2018-xx-xx* @brief   FreeRTOS v9.0.0 + STM32 *********************************************************************************************************************************************/ /*
*************************************************************************
*                             包含的头文件
*************************************************************************
*/ 
/* FreeRTOS头文件 */
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/* 开发板硬件bsp头文件 */
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_debug_usart.h"
#include "./tim/bsp_basic_tim.h"
#include "string.h"
/**************************** 任务句柄 ********************************/
/* * 任务句柄是一个指针，用于指向一个任务，当任务创建好之后，它就具有了一个任务句柄* 以后我们要想操作这个任务都需要通过这个任务句柄，如果是自身的任务操作自己，那么* 这个句柄可以为NULL。*//* 创建任务句柄 */
static TaskHandle_t AppTaskCreate_Handle = NULL;
/* LED任务句柄 */
static TaskHandle_t LED1_Task_Handle = NULL;
static TaskHandle_t LED2_Task_Handle = NULL;
static TaskHandle_t CPU_Task_Handle = NULL;
/********************************** 内核对象句柄 *********************************/
/** 信号量，消息队列，事件标志组，软件定时器这些都属于内核的对象，要想使用这些内核* 对象，必须先创建，创建成功之后会返回一个相应的句柄。实际上就是一个指针，后续我* 们就可以通过这个句柄操作这些内核对象。** 内核对象说白了就是一种全局的数据结构，通过这些数据结构我们可以实现任务间的通信，* 任务间的事件同步等各种功能。至于这些功能的实现我们是通过调用这些内核对象的函数* 来完成的* *//******************************* 全局变量声明 ************************************/
/** 当我们在写应用程序的时候，可能需要用到一些全局变量。*//*
*************************************************************************
*                             函数声明
*************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate(void);/* 用于创建任务 */static void LED1_Task(void* pvParameters);/* LED1_Task任务实现 */
static void LED2_Task(void* pvParameters);/* LED2_Task任务实现 */
static void CPU_Task(void* pvParameters);/* CPU_Task任务实现 */
static void BSP_Init(void);/* 用于初始化板载相关资源 *//****************************************************************** @brief  主函数* @param  无* @retval 无* @note   第一步：开发板硬件初始化 第二步：创建APP应用任务第三步：启动FreeRTOS，开始多任务调度****************************************************************/
int main(void)
{	BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS *//* 开发板硬件初始化 */BSP_Init();printf("这是一个-STM32全系列开发板-FreeRTOS-CPU利用率统计实验!\r\n");/* 创建AppTaskCreate任务 */xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )AppTaskCreate,  /* 任务入口函数 */(const char*    )"AppTaskCreate",/* 任务名字 */(uint16_t       )512,  /* 任务栈大小 */(void*          )NULL,/* 任务入口函数参数 */(UBaseType_t    )1, /* 任务的优先级 */(TaskHandle_t*  )&AppTaskCreate_Handle);/* 任务控制块指针 */ /* 启动任务调度 */           if(pdPASS == xReturn)vTaskStartScheduler();   /* 启动任务，开启调度 */elsereturn -1;  while(1);   /* 正常不会执行到这里 */    
}/************************************************************************ @ 函数名  ： AppTaskCreate* @ 功能说明： 为了方便管理，所有的任务创建函数都放在这个函数里面* @ 参数    ： 无  * @ 返回值  ： 无**********************************************************************/
static void AppTaskCreate(void)
{BaseType_t xReturn = pdPASS;/* 定义一个创建信息返回值，默认为pdPASS */taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区/* 创建LED_Task任务 */xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )LED1_Task, /* 任务入口函数 */(const char*    )"LED1_Task",/* 任务名字 */(uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */(void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */(UBaseType_t    )2,	    /* 任务的优先级 */(TaskHandle_t*  )&LED1_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */if(pdPASS == xReturn)printf("创建LED1_Task任务成功!\r\n");/* 创建LED_Task任务 */xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )LED2_Task, /* 任务入口函数 */(const char*    )"LED2_Task",/* 任务名字 */(uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */(void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */(UBaseType_t    )3,	    /* 任务的优先级 */(TaskHandle_t*  )&LED2_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */if(pdPASS == xReturn)printf("创建LED2_Task任务成功!\r\n");/* 创建LED_Task任务 */xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )CPU_Task, /* 任务入口函数 */(const char*    )"CPU_Task",/* 任务名字 */(uint16_t       )512,   /* 任务栈大小 */(void*          )NULL,	/* 任务入口函数参数 */(UBaseType_t    )4,	    /* 任务的优先级 */(TaskHandle_t*  )&CPU_Task_Handle);/* 任务控制块指针 */if(pdPASS == xReturn)printf("创建CPU_Task任务成功!\r\n");vTaskDelete(AppTaskCreate_Handle); //删除AppTaskCreate任务taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}/*********************************************************************** @ 函数名  ： LED_Task* @ 功能说明： LED_Task任务主体* @ 参数    ：   * @ 返回值  ： 无********************************************************************/
static void LED1_Task(void* parameter)
{	while (1){LED1_ON;vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */printf("LED1_Task Running,LED1_ON\r\n");LED1_OFF;     vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */		 		printf("LED1_Task Running,LED1_OFF\r\n");}
}static void LED2_Task(void* parameter)
{	while (1){LED2_ON;vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */printf("LED2_Task Running,LED1_ON\r\n");LED2_OFF;     vTaskDelay(500);   /* 延时500个tick */		 		printf("LED2_Task Running,LED1_OFF\r\n");}
}static void CPU_Task(void* parameter)
{	uint8_t CPU_RunInfo[400];		//保存任务运行时间信息while (1){memset(CPU_RunInfo,0,400);				//信息缓冲区清零vTaskList((char *)&CPU_RunInfo);  //获取任务运行时间信息printf("---------------------------------------------\r\n");printf("任务名      任务状态 优先级   剩余栈 任务序号\r\n");printf("%s", CPU_RunInfo);printf("---------------------------------------------\r\n");memset(CPU_RunInfo,0,400);				//信息缓冲区清零vTaskGetRunTimeStats((char *)&CPU_RunInfo);printf("任务名       运行计数         使用率\r\n");printf("%s", CPU_RunInfo);printf("---------------------------------------------\r\n\n");vTaskDelay(1000);   /* 延时500个tick */		}
}/************************************************************************ @ 函数名  ： BSP_Init* @ 功能说明： 板级外设初始化，所有板子上的初始化均可放在这个函数里面* @ 参数    ：   * @ 返回值  ： 无*********************************************************************/
static void BSP_Init(void)
{/** STM32中断优先级分组为4，即4bit都用来表示抢占优先级，范围为：0~15* 优先级分组只需要分组一次即可，以后如果有其他的任务需要用到中断，* 都统一用这个优先级分组，千万不要再分组，切忌。*/NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );/* LED 初始化 */LED_GPIO_Config();/* 串口初始化	*/Debug_USART_Config();/* 基本定时器初始化	*/TIMx_Configuration();}/********************************END OF FILE****************************/


#include "bsp_basic_tim.h"/*** @brief  基本定时器 TIMx,x[6,7]中断优先级配置* @param  无* @retval 无*/
static void TIMx_NVIC_Configuration(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; // 设置中断组为0NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);		// 设置中断来源NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = BASIC_TIM_IRQn; 	// 设置抢占优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;	 // 设置子优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}/** 注意：TIM_TimeBaseInitTypeDef结构体里面有5个成员，TIM6和TIM7的寄存器里面只有* TIM_Prescaler和TIM_Period，所以使用TIM6和TIM7的时候只需初始化这两个成员即可，* 另外三个成员是通用定时器和高级定时器才有.*-----------------------------------------------------------------------------* TIM_Prescaler         都有* TIM_CounterMode			 TIMx,x[6,7]没有，其他都有（基本定时器）* TIM_Period            都有* TIM_ClockDivision     TIMx,x[6,7]没有，其他都有(基本定时器)* TIM_RepetitionCounter TIMx,x[1,8]才有(高级定时器)*-----------------------------------------------------------------------------*/
static void TIM_Mode_Config(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;// 开启TIMx_CLK,x[6,7] RCC_APB1PeriphClockCmd(BASIC_TIM_CLK, ENABLE); /* 累计 TIM_Period个后产生一个更新或者中断*/		//当定时器从0计数到4999，即为5000次，为一个定时周期TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000-1;       //定时器时钟源TIMxCLK = 2 * PCLK1  //				PCLK1 = HCLK / 4 //				=> TIMxCLK=HCLK/2=SystemCoreClock/2=90MHz// 设定定时器频率为=TIMxCLK/(TIM_Prescaler+1)=10000HzTIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 180-1;	// 初始化定时器TIMx, x[2,3,4,5]TIM_TimeBaseInit(BASIC_TIM, &TIM_TimeBaseStructure);// 清除定时器更新中断标志位TIM_ClearFlag(BASIC_TIM, TIM_FLAG_Update);// 开启定时器更新中断TIM_ITConfig(BASIC_TIM,TIM_IT_Update,ENABLE);// 使能定时器TIM_Cmd(BASIC_TIM, ENABLE);	
}/*** @brief  初始化基本定时器定时，1ms产生一次中断* @param  无* @retval 无*/
void TIMx_Configuration(void)
{TIMx_NVIC_Configuration();	TIM_Mode_Config();
}/*********************************************END OF FILE**********************/

/********************************************************************************* @file    FMC_SDRAM/stm32f4xx_it.c * @author  MCD Application Team* @version V1.0.1* @date    11-November-2013* @brief   Main Interrupt Service Routines.*         This file provides template for all exceptions handler and*         peripherals interrupt service routine.******************************************************************************* @attention** <h2><center>&copy; COPYRIGHT 2013 STMicroelectronics</center></h2>** Licensed under MCD-ST Liberty SW License Agreement V2, (the "License");* You may not use this file except in compliance with the License.* You may obtain a copy of the License at:**        http://www.st.com/software_license_agreement_liberty_v2** Unless required by applicable law or agreed to in writing, software * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS, * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.* See the License for the specific language governing permissions and* limitations under the License.********************************************************************************//* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f4xx_it.h"
#include "./tim/bsp_basic_tim.h"#include "FreeRTOS.h"					//FreeRTOS使用		  
#include "task.h" /** @addtogroup STM32F429I_DISCOVERY_Examples* @{*//** @addtogroup FMC_SDRAM* @{*/ /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
/* Private functions ---------------------------------------------------------*//******************************************************************************/
/*            Cortex-M4 Processor Exceptions Handlers                         */
/******************************************************************************//*** @brief  This function handles NMI exception.* @param  None* @retval None*/
void NMI_Handler(void)
{
}/*** @brief  This function handles Hard Fault exception.* @param  None* @retval None*/
void HardFault_Handler(void)
{/* Go to infinite loop when Hard Fault exception occurs */while (1){}
}/*** @brief  This function handles Memory Manage exception.* @param  None* @retval None*/
void MemManage_Handler(void)
{/* Go to infinite loop when Memory Manage exception occurs */while (1){}
}/*** @brief  This function handles Bus Fault exception.* @param  None* @retval None*/
void BusFault_Handler(void)
{/* Go to infinite loop when Bus Fault exception occurs */while (1){}
}/*** @brief  This function handles Usage Fault exception.* @param  None* @retval None*/
void UsageFault_Handler(void)
{/* Go to infinite loop when Usage Fault exception occurs */while (1){}
}/*** @brief  This function handles Debug Monitor exception.* @param  None* @retval None*/
void DebugMon_Handler(void)
{}/*** @brief  This function handles SysTick Handler.* @param  None* @retval None*/
extern void xPortSysTickHandler(void);
//systick中断服务函数
void SysTick_Handler(void)
{	#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState  == 1 )if (xTaskGetSchedulerState() != taskSCHEDULER_NOT_STARTED){#endif  /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */  xPortSysTickHandler();#if (INCLUDE_xTaskGetSchedulerState  == 1 )}#endif  /* INCLUDE_xTaskGetSchedulerState */
}/* 用于统计运行时间 */
volatile uint32_t CPU_RunTime = 0UL;void  BASIC_TIM_IRQHandler (void)
{if ( TIM_GetITStatus( BASIC_TIM, TIM_IT_Update) != RESET ) {	CPU_RunTime++;TIM_ClearITPendingBit(BASIC_TIM , TIM_FLAG_Update);  		 }		 	
}/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/

实验现象：

 

 

 

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